[发明专利]一种能源转换三层复合器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种能源转换复合器件及其制备方法；包括：上转换材料、光电子通路和光阴极；所述上转换材料为掺杂稀土离子Er³⁺,Yb³⁺的NaYF₄薄膜，其用于实现红外吸收，荧光辐射；所述光电子通路为AZO薄膜，其用于创建电子迁移通道，提高光电化学能源转换材料的电子产率；所述光阴极为Cu₂O薄膜，其用于生成还原性电子。本发明首次将AZO多晶薄膜引入到上转换耦合半导体光电化学能源转换器件中；本发明设计的光电子通路上转换耦合半导体光电化学能源转换器件对红外光具有高响应性，具有良好的光致发光特性，得益于光电子通路的存在本发明在红外光下的光电响应比目前报道的同类型器件有大幅的提升。因此本发明在太阳能电池领域、新能源领域都具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于光电化学领域；尤其涉及一种能源转换三层复合器件及其制备方法。

背景技术

上转换材料(up-conversion)是将红外光转换为可见光的光致荧光材料，利用稀土元素独特的能级结构实现光致发光过程。上转换材料是太阳能电池领域、光催化领域、荧光检测领域的热门材料，得益于NaYF₄独特的稳定性与低声子损耗结构，通常选择它作为上转换基底。

光电子通路层是指具有高透光性，低电阻率的导电玻璃。光电子通路一般厚度在100nm到300nm之间，在既不影响其他结构的性能的情况下，又能提高电子漂移通道，使得电子在外电场的作用下能顺利从器件中迁移。

半导体光电化学(photoelectrochemical)能源转换器件是以光源作为激发源，半导体价带电子吸收光子成为自由电子，利用电子的还原性可以将水裂解为氢气和氧气，实现新能源的开发。与传统的化石能源(例如：石油，天然气，煤炭等)相比，半导体光电化学能源转换器件具有低能耗、无污染、操作简单、成本低廉等优点，因此在新能源领域具有重要的应用前景。

早期的光电化学能源转换器件普遍存在转换率低，光吸收率低等缺点，为了克服这些缺点，研究者为克服上转换材料与半导体光电化学能源转换器件间的高损耗问题，在两种材料间建构了光电子通路，制备出了新型光电子通路的红外上转换耦合半导体光电化学能源转换器件，形成了一种新型能源转换技术，事实证明，这种结合有效克服了上述缺点。目前，主要的光催化材料有：BiVO₄，TiO₂，Cu₂O，其中Cu₂O作为P型半导体，电子还原性高，能将H₂O裂解成H₂，是热门的光催化材料，同时带隙较窄，可见光的吸收范围在610nm附近，正好能吸收NaYF₄上转换材料的荧光，广泛应用于太阳能电池，可见光光催化剂。而将光电化学能源转换器件、上转换材料、光电子通路结合到一起，利用上转换材料将太阳光中的红外部分转换为可见光然后传递给光电化学能源转换器件，光生电子经由光电子通路进行漂移，这样就能拓宽光电化学能源转换器件的吸收光谱，提高光电化学能源转换器件的光利用率，使光电化学能源转换器件能产生更多的光生电子，从而达到了提高能源转换率的作用。

发明内容

本发明的目的是提供了一种能源转换三层复合器件及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种能源转换三层复合器件，包括：上转换材料、光电子通路和光阴极；

其中，所述上转换材料为掺杂稀土离子Er³⁺,Yb³⁺的NaYF₄薄膜，其用于实现红外吸收，荧光辐射；所述光电子通路为AZO薄膜，其用于创建电子迁移通道，提高光电化学能源转换材料的电子产率；所述光阴极为Cu₂O薄膜，其用于生成还原性电子。